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1. 실험 개요
1.1. 실험 일자 및 제목
2022년 4월 3일에 실험을 진행하였으며, 실험 제목은 '비누의 제조'이다.
1.2. 실험 목적
실험 목적은 동물성, 식물성 기름을 이용해서 비누를 만드는 것이다.
유지는 탄소수가 많은 고급 지방산인 스테아르산, 팔미트산, 올레산 등과 글리세롤로 이루어진 에스터 혼합물이다. 이 에스터 혼합물을 알칼리와 함께 끓이면 가수분해되고 비누화 반응이 일어나 비누라 불리는 지방산의 알칼리 금속 염과 글리세롤이 생성된다. 우리 생활 주변에서 흔히 볼 수 있는 원료로부터 비누를 제조해 봄으로써 에스터의 가수분해와 비누화 반응을 이해할 수 있다.
2. 이론적 배경
2.1. 비누의 정의 및 종류
비누는 지방산의 알칼리 금속염이다. 넓은 의미에서는 지방산 금속염의 총칭이며, 일반적으로는 나트륨, 칼륨 등 알칼리 금속염을 가리킨다. 알칼리 비누는 다시 경비누와 연비누로 나뉜다. 그 밖의 금속염은 물에 대부분 불용성이며 금속 비누라고 구분된다. 지방산과 유사한 수지산, 나프텐산의 염류도 비누라고 불린다.
알칼리 비누는 수용성으로 뚜렷한 계면활성을 나타내며 안정된 거품을 발생시켜 높은 세정력을 가지고 있다. 저농도에서는 전해질 용액의 성질을 보이며, 임계 미셀 농도에서 급격히 미셀을 형성하여 콜로이드로서의 성질을 나타낸다. 수용액은 일부 가수분해하여 알칼리성을 띤다.
비누는 역사적으로 동물성 기름과 물, 식물 재를 섞어 제조하였으며, 세계 대전 이후 인구 증가로 수요가 증가하면서 석유 유래 합성세제가 개발되었다. 현재 대부분의 세제는 합성세제가 주를 이루고 있다.
2.2. 비누화 반응
비누화 반응은 유지(지방, 기름)와 강염기(수산화나트륨, 수산화칼륨) 사이에 일어나는 반응이다. 이 반응에서 유지의 트리글리세라이드가 가수분해되어 지방산과 글리세롤이 생성된다. 지방산은 나트륨이나 칼륨 등의 금속과 결합하여 비누를 형성한다.
유지는 주로 포화지방산과 불포화지방산으로 구성된 에스테르 화합물인 트리글리세라이드이다. 이때 포화지방산으로 이루어진 유지는 상온에서 고체이고, 불포화지방산으로 이루어진 유지는 상온에서 액체이다. 유지에 강염기를 넣어 가열하면 비누화 반응이 일어나, 지방산의 나트륨염(비누)과 글리세롤이 생성된다.
비누화 반응은 에스테르 가수분해 반응의 역반응으로, 산 촉매에 의해서도 일어나지만 일반적으로 염기 촉매에 의해 빠르게 진행된다. 염기로는 수산화나트륨이나 수산화칼륨 등의 강염기가 사용되며, 이들은 유지와 잘 반응하여 비누를 생성한다. 비누화 반응이 완결되면 지방산의 나트륨염(비누)과 글리세롤이 생성된다.
비누를 생성할 때에는 반응 시 생성된 비누를 분리하기 위해 포화 염화나트륨 용액을 첨가한다. 이는 염석 효과에 의한 것으로, 전해질인 염화나트륨의 첨가로 비누 분자끼리 뭉치게 되어 분리가 용이해진다. 또한 계면활성제로 작용하는 비누는 물과 기름 등 서로 잘 섞이지 않는 물질을 잘 혼합시킬 수 있게 한다.
따라서 비누화 반응은 유지와 강염기의 가수분해 반응으로 지방산의 금속 염이 생성되는 과정이며, 이러한 비누 생성 시 염석 효과와 계면활성 특성을 활용하게 된다.
2.3. 비누화값
비누화값은 유지 1g을 비누화시키는데 필요한 수산화나트륨의 양으로, 유지의 종류에 따라 달라진다. 유지의 분자량이 크면 비누화값이 작아지고, 분자량이 작아지면 비누화값이 커진다. 따라서 지방산의 사슬 길이가 길수록 분자량이 크므로 비누화값은 감소한다. 비누화값은 지방의 특성을 나타내는 중요한 지표로,...
